JP2013145686A - Vehicular battery stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単電池が配列された積層体を含む電池スタックにおいて、結露水を介した通電を防止する技術に関する。 The present invention relates to a technique for preventing energization through condensed water in a battery stack including a stacked body in which a plurality of single cells are arranged.
車両用の電池スタックとして、複数の単電池が積層された積層体と、この積層体を挟む位置に配置されるエンドプレートと、このエンドプレートを車両ボディに固定して、エンドプレートの強度を補強する補強用部材とを有するものが知られている。 As a battery stack for vehicles, a laminated body in which a plurality of single cells are laminated, an end plate disposed at a position sandwiching the laminated body, and the end plate is fixed to the vehicle body to reinforce the strength of the end plate. What has the reinforcing member to do is known.
この電池スタックは、単電池の出力に伴う温度上昇を防ぐために、隣接する単電池間において、多数の貫通孔を備えたセパレータが位置している。このセパレータの貫通孔に対して車室内や車両外の空気を流入させることで、単電池の温度上昇を防ぐことができる。 In this battery stack, a separator having a large number of through holes is located between adjacent unit cells in order to prevent a temperature rise associated with the output of the unit cells. By causing the air outside the vehicle compartment and outside the vehicle to flow into the through hole of the separator, it is possible to prevent the temperature of the unit cell from rising.
しかし、このように車室内や車両外の空気により単電池の温度上昇を防ぐ構造であるため、空気の相対湿度の状態および車両を運転する環境の変化によって、空気が露点温度に達し、単電池の周囲に結露水が発生する。具体的には、寒冷地の屋外で冷え切った車両が、暖かい駐車場に入庫するときなどに結露水が発生する。これは、屋外放置中に冷え切った電池スタックに、車両外(駐車場)の暖かい空気が、セパレータの貫通孔を介して単電池に接触して冷やされ、空気の露点温度に達するためである。この結露水が隣接する単電池間に発生して、単電池間でブリッジした状態になると、このブリッジした単電池間に電位差が生じている場合、設計上に無い導通経路が形成されてしまう。 However, since it is a structure that prevents the temperature of the unit cell from rising due to the air inside the vehicle interior or outside the vehicle, the air reaches the dew point due to the change in the relative humidity of the air and the environment in which the vehicle is driven, and the unit cell Condensation water is generated around the area. Specifically, dew condensation water is generated when a vehicle that has cooled down outdoors in a cold region enters a warm parking lot. This is because warm air outside the vehicle (parking lot) contacts the cell via the through hole of the separator and is cooled by the battery stack that has cooled down while left outdoors, and reaches the dew point temperature of the air. . When this dew condensation water is generated between adjacent unit cells and is bridged between the unit cells, if there is a potential difference between the bridged unit cells, a non-designed conduction path is formed.
また、エンドプレートの上面に結露水が堆積すると、単電池と補強用部材との間に、結露水を介した通電の経路が形成されることもあり、単電池の電流の一部が車両のボディに流れる蓋然性が生ずる。さらには、結露水が単電池の外装缶に付着した状態が続くと外装缶を腐食させる。このような外装缶を腐食させる状態が続くと、外装缶に穴があいて漏液も起こる。したがって、車両用の電池スタックにおいて、結露水が、隣接した単電池間にブリッジした状態となること、または単電池および補強用部材がブリッジした状態となることを防ぐことは非常に重要な問題である。 In addition, if condensed water accumulates on the upper surface of the end plate, an energization path through the condensed water may be formed between the unit cell and the reinforcing member, and a part of the current of the unit cell is Probability of flowing to the body arises. Furthermore, if the state where the dew condensation water adheres to the outer can of the unit cell, the outer can is corroded. If such a state where the outer can is corroded continues, a hole is formed in the outer can and leakage occurs. Therefore, in a battery stack for a vehicle, it is a very important problem to prevent the dew condensation from bridging between adjacent single cells or from bridging the single cells and the reinforcing member. is there.
従来技術として、複数の単電池の外装缶の表面をフッ素コーティング又はシリコンコーティングして撥水層を設けて、隣接する単電池間において結露水がブリッジすることを防ぐものが開示されている(例えば特許文献1)。 As a prior art, a method is disclosed in which the surface of the outer can of a plurality of single cells is coated with fluorine or silicon to provide a water repellent layer to prevent dew condensation from bridging between adjacent single cells (for example, Patent Document 1).
また、複数の単電池の外装缶の両側縁部に絶縁性のプラスチックシートからなる結露防水シートを付着させて、隣接する単電池間において結露水がブリッジすることを防ぐものが開示されている(例えば特許文献2)。 In addition, there is disclosed a method in which a dew condensation waterproof sheet made of an insulating plastic sheet is attached to both side edges of an outer can of a plurality of unit cells to prevent dew condensation from bridging between adjacent unit cells ( For example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1や2のような単電池の外周面に撥水層や結露防水シートを設ける構成である場合、単電池の側面では、下方へ働く結露水の重量を利用できるため、結露水を単電池の側面から落下させることはできるが、単電池の上面においては、結露水の重量が利用できないため、単電池の上面に結露水が堆積してしまい、隣接する単電池間を結露水がブリッジする可能性がある。また、エンドプレートの上面においても結露水が堆積して、堆積した結露水が、エンドプレートの一方面にある単電池と、このエンドプレートの他方面に隣接する補強用部材とを通電させる可能性がある。
However, when the water repellent layer or the dew condensation waterproof sheet is provided on the outer peripheral surface of the unit cell as in
そこで、本願発明は、結露水の発生によって、隣接する単電池間を通電する導通経路、または単電池と補強用部材とを通電する導通経路を遮蔽し、結露水による導通経路を形成させないようにする電池スタックを提供するものである。 Therefore, the present invention shields the conduction path for energizing between adjacent cells or the conduction path for energizing the cell and the reinforcing member by the generation of condensed water so as not to form a conduction path due to condensed water. A battery stack is provided.
上記課題を解決するために、本発明の電池スタックは、積層体と、一対のエンドプレートと、補強用部材と、第1部材とを有する。積層体は、複数の単電池およびセパレータを交互に積層したものであり、一対のエンドプレートは、積層体を挟む位置に配置される。補強用部材は、エンドプレートを挟んで積層体の反対側に位置し、エンドプレートの強度を補強する。第1部材は、単電池、セパレータ、エンドプレートの少なくともいずれか1つの上面に取付けられる。また第1部材表面の濡れ性は、第1部材が取り付けられた単電池表面、セパレータ表面、エンドプレート表面の濡れ性よりも低い。 In order to solve the above problems, the battery stack of the present invention includes a laminate, a pair of end plates, a reinforcing member, and a first member. The laminate is obtained by alternately laminating a plurality of single cells and separators, and the pair of end plates are arranged at positions sandwiching the laminate. The reinforcing member is located on the opposite side of the laminate with the end plate interposed therebetween, and reinforces the strength of the end plate. The first member is attached to the upper surface of at least one of the unit cell, the separator, and the end plate. Further, the wettability of the first member surface is lower than the wettability of the surface of the unit cell, the separator surface, and the end plate surface to which the first member is attached.
また、本発明の電池スタックは、複数の単電池およびセパレータを交互に積層した積層体と、前記積層体を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに取付けられ、前記積層体を拘束する拘束バンドと、前記拘束バンドの端部に取付けられ、前記エンドプレートを挟んで前記積層体の反対面に位置し、前記エンドプレートの強度を補強する補強用部材と、前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの少なくともいずれか1つの上面に取付けられ、前記単電池、前記セパレータおよび前記エンドプレートに付着する結露水によって形成される、前記単電池の上面における隣接する前記単電池間を導通する経路または前記エンドプレートの上面における前記単電池と前記補強用部材を導通する経路、の少なくともいずれか1つを遮蔽する遮蔽部材とを有し、前記遮蔽部材の濡れ性は、前記遮蔽部材を固定した前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの濡れ性よりも低いことを特徴とする。 In addition, the battery stack of the present invention is attached to a stacked body in which a plurality of unit cells and separators are alternately stacked, a pair of end plates disposed between the stacked body, and the pair of end plates, A restraining band that restrains the laminate, a reinforcing member that is attached to an end of the restraining band, is located on the opposite surface of the laminate with the end plate interposed therebetween, and reinforces the strength of the end plate; The unit cells adjacent to each other on the upper surface of the unit cell, which are attached to the upper surface of at least one of the cell, the separator, and the end plate, and are formed by condensed water adhering to the unit cell, the separator, and the end plate. There are few paths that conduct between each other or a path that conducts the cell and the reinforcing member on the upper surface of the end plate. A shielding member that shields at least one, wherein the wettability of the shielding member is lower than the wettability of the unit cell, the separator, and the end plate to which the shielding member is fixed. To do.
本願発明によれば、結露水が発生する状況下においても、結露水を介した通電を防止することができ、車両を駆動するための電力を供給することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent energization through the dew condensation water even in a situation where the dew condensation water is generated, and to supply electric power for driving the vehicle.
(第1実施形態)
以下、本発明の電池スタック1の第1実施形態について説明する。図1は車両用の電池スタック1の斜視図、図2は図1の電池スタック1のA−A断面図、そして図3はエンドプレート3の詳細な斜視図である。なお、本実施形態の電池スタック1は、車両(不図示)のボディと結合している電池スタック固定部材9を介して、車両に固定される。
(First embodiment)
Hereinafter, 1st Embodiment of the
図1に示すように、本発明の電池スタック1は、複数の単電池21とセパレータ22とをy軸方向交互に積層した積層体2と、積層体2を挟む位置に配置される一対のエンドプレート3とを有し、また、一対のエンドプレート3に取付けられ、エンドプレート3を挟んで積層体2の反対面に位置し、積層体2を拘束する拘束バンド4を有する。電池スタック1は、さらに、拘束バンド4の端部に取付けられ、エンドプレート3の強度を補強する補強用部材5を有する。そして、エンドプレート3の上面に取付けられ、単電池21、セパレータ22およびエンドプレート3に付着した結露水によって形成される、エンドプレート3の上面における単電池21と補強用部材5を導通する経路を遮蔽する遮蔽部材6(第1部材)とを有する。
As shown in FIG. 1, the
単電池21は、図1に示すように、x軸方向に延びる板状をしており、上面に突状の正極端子211および負極端子212を備えている。このような単電池21の正極端子211および負極端子212は、隣接する単電池21間でバスバー(不図示)により電気的に接続されている。セパレータ22は、図2に示すように、単電池21との当接面(x−z平面)に形成されたx軸方向に延びる複数の貫通孔221を備えており、隣接する単電池21が当接しないように一定の距離を保持する。このように隣接する単電池21を一定の距離に保持しながら、貫通孔221を介して電池スタック1外の空気を電池スタック1内に流入させることで、単電池21を冷却することができる。ここで、単電池21は、リチウムイオン電池、或いはニッケル水素電池であっても良い。単電池21は、電池セル、或いは複数の電池セルを接続した電池モジュールであっても良い。また、電池セルとは、充放電可能な最小単位の要素を意味する。
As shown in FIG. 1, the
エンドプレート3は、図3に示すように、x軸方向に延びる板状をした樹脂材料からなり、x−z平面の端面には、図2に図示される電池スタック固定部材9および補強用金具5をエンドプレート3に固定するために、第1の固定用金具7を螺合する第1の固定溝31、および拘束バンド4をエンドプレート3に固定するために、第2の固定用金具8(図2参照)を螺合する第2の固定溝32を有する。エンドプレート3の上面には、結露水が単電池21から補強用部材5へ導通する導通経路を遮蔽する遮蔽部材6が位置している。遮蔽部材6は、エンドプレート3の表面よりも濡れ性(水滴による素材表面へのなじみやすさ)の低い材料で形成され、y−z断面から視認したときに四角形状をした板状の部材である。
As shown in FIG. 3, the
拘束バンド4は、図1に示すように、単電池21及びセパレータ22の積層方向(y軸方向)に沿って延びており、両端部がそれぞれ下方に折れ曲がっている。この拘束バンド4の曲げ部により、エンドプレート3を固定して、単電池21およびセパレータ22を拘束することができる。
As shown in FIG. 1, the
補強用部材5は、例えば薄鋼板からなり、エンドプレート3を挟んで積層体2の反対側に位置している。エンドプレート3は、単電池21の出力を安定させるために、拘束バンド4によって複数の単電池21およびセパレータ22を一定の圧力で挟持する。補強用部材5は、樹脂材料のエンドプレート3でも積層体2に圧力が加わるようにエンドプレート3の強度を補強して、車両の一部である電池スタック固定部材9に積層体2を固定する。
The reinforcing
図4に、エンドプレート3の上面に結露水が発生したときの概略図を示す。本発明のような電池スタック1は、電池スタック1の外気をセパレータ22の貫通孔221を介して単電池21を冷却するため、車両が置かれる環境の変化によって、結露水10が単電池21やセパレータ22、エンドプレート3の表面に発生する。例えば、寒冷地の屋外で冷え切った車両が、暖かい駐車場に入庫するときなどに結露水10が発生しやすい。これは、屋外放置中に冷え切った単電池21およびエンドプレート3に対して、セパレータ22の貫通孔221を介して暖かい空気が接触して、露点温度に達し、単電池21およびエンドプレート3の外周面に結露水10が発生するためである。
FIG. 4 shows a schematic diagram when condensed water is generated on the upper surface of the
この結露水10が単電池21やセパレータ22、およびエンドプレート3の上面に多量に堆積すると、特許文献1や2のような電池スタックでは、単電池21の正極端子211および負極端子212と、補強用部材5とを結露水10を介して通電する経路(図2の太字矢印部)が形成される。この導通経路が結露水10により形成されると、結露水10による導通経路、補強用部材5や電池スタック固定部材9により、単電池21と電池スタック1の外部(車両のボディ)とが通電状態となってしまう。
When a large amount of the
この特許文献1や2に比べて、本発明の電池スタック1は、電池スタック1の上面に遮蔽部材6が位置しているため、上記のような結露水10による単電池21から補強用部材5への導通経路が形成されることを防ぐことができる。これは、図4に示すように、遮蔽部材6上に発生した結露水10は、遮蔽部材6よりも濡れ性の高いエンドプレート3の表面に吸収されるためである。具体的には、遮蔽部材6のように濡れ性の低い材料は、結露水が接触面に浸透せずに撥水状態となり、遮蔽部材6よりも濡れ性の高いエンドプレート3に、結露水10が流れやすくなるためである(濡れ性の低い材料は接触角(結露水10と接触面のなす角度)が大きく、濡れ性の高い材料は接触角が小さい)。このように、エンドプレート3の表面に、結露水10が浸透しにくい遮蔽部材6を設けることで、結露水10の浸透しにくい領域に結露水10が発生した場合は、この発生した結露水10を濡れ性の高いエンドプレート3に流すことができる。この構成により、エンドプレート3の上面において、結露水10が存在しない領域を形成することができるため、単電池21と補強用部材5とを導通する結露水10の導通経路が形成されることを防ぐことができ、単電池21からの電力の一部が補強用部材5を介して車両に出力されることを防ぐことができる。また、遮蔽部材6に関しては結露水10が付着しないため、遮蔽部材6の表面が結露水10により腐食することも防ぐことができる。
Compared with
本例のように、遮蔽部材6は、少なくともエンドプレート3の上面に対して設ければ良く、エンドプレート3の側面に設けなくても良い。エンドプレート3の上面は水平面であり、結露水10の重量を利用してエンドプレート3に付着した結露水10を落下させることができないため、エンドプレート3の上面には結露水10が堆積しやすく、よって単電池21と補強用部材5とを通電する経路が形成されやすい。これに対して、エンドプレート3の側面は、Z軸方向に延びる垂直面であるため、エンドプレート3に付着した結露水は、重力により落下し、単電池21と補強用部材5とが通電する経路が形成されないからである。すなわち、結露水10が堆積して単電池21と補強用部材5とが導通する可能性のあるエンドプレート3の上面に対してのみ、遮蔽部材6を設けることで、単電池21と補強用部材5を導通する導通経路の形成を防ぐことができる。この構成により、電池スタック1を製造するために必要な遮蔽部材6の使用量を減らし、電池スタック1を製造するための費用を低減することができる。なお、エンドプレート3の上面および側面の両方に遮蔽部材6を固定する構成としても良い。
As in this example, the shielding
(第2実施形態)
上述の第1実施形態では、y−z断面から視認したときに四角形状となる部材を遮蔽部材6として例示したが、特にこれに限られることはなく、図5に示すように、上面が単電池21側へ傾斜した部材としても良い。このように遮蔽部材6の上面を単電池21側が低くなる傾斜面とすることで、第1実施形態の遮蔽部材6に比べて、結露水10による単電池21と補強用部材5とが導通する導通経路の形成を防ぐことができる。すなわち、第2実施形態の遮蔽部材6の形状とすることで、遮蔽部材6の濡れ性の低さによる特性(結露水10が接触面に対して撥水した状態となる特性)および遮蔽部材6の傾斜面による結露水10の重力を利用する特性によって、遮蔽用部材の上面に発生した結露水10が単電池21側に落下しやすくなる。これにより、第2実施形態の遮蔽部材6は、第1実施形態の遮蔽部材6に比べて、単電池21と補強用部材5とを導通する導通経路を効果的に遮蔽することができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, a member that has a quadrangular shape when viewed from the yz cross section is exemplified as the shielding
また、上記では、遮蔽部材6の傾斜面を単電池21側が低くなるようにした傾斜面として説明したが、特にこれに限られることはなく、補強用部材5側が低くなるようにした傾斜面としても良い。また、第2実施形態において、y−z断面から視認した場合に三角形状となる部材として説明したが、形状はこれに限定されず、遮蔽部材6の上面が単電池21側または補強用部材5側のいずれか一方に傾斜している形状を有するものであれば良い。
In the above description, the inclined surface of the shielding
(第3実施形態)
上述の各実施形態では、単に遮蔽部材6をエンドプレート3の上面に固定するものとして説明したが、第3実施形態では、例えば、図6に示すように遮蔽部材6をエンドプレート3の上面に固定し、かつ遮蔽部材6を固定したエンドプレート3の面において、結露水10を取水する取水溝11を形成する構成としても良い。このようにエンドプレート3の上面に取水溝11を形成することで、遮蔽部材6やエンドプレート3上面に発生した結露水10は、取水溝11で取水され、エンドプレート3側面に行きやすくなる。これにより、結露水10による導通経路の形成を、より阻害させることができ、単電池21から流れる電流の一部が結露水10を介して外部へ流れることを防ぐことができる。尚、図6では、y−z断面から視認した場合に、遮蔽部材6は四角形状であるものとしているが、第2実施形態で説明した形状であっても構わない。
(Third embodiment)
In each of the above embodiments, the shielding
上記第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態において、エンドプレート3の上面に遮蔽部材6を設けることで、単電池21と補強用部材5とを通電状態とする経路の形成を防ぐものとして説明したが、特にこれに限られることはなく、単電池21の上面に遮蔽部材6を固定することにより、結露水10による単電池21と補強用部材5を導通する導通経路を遮蔽する構成としても良い。また、単電池21の上面に遮蔽部材6を固定することにより、隣接する単電池21間を導通する導通経路を遮蔽する構成としても良い。この構成により、隣接する単電池21間の正極端子211および負極端子212が結露水10により通電状態となることを防ぐことができる。また、単電池21を固定した遮蔽部材6の表面が結露水10によって腐食されることも防ぐことができる。
In the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the shielding
さらに、単電池21の上面に遮蔽部材6を固定する代わりに、隣接する単電池21の間に位置するセパレータ22の上面に遮蔽部材6を固定しても良い。この構成により、結露水10の発生により隣接する単電池21間を通電状態とする経路が形成されることを防ぐことができる。また、単電池21とエンドプレート3の間に位置するセパレータ22の上面において遮蔽部材6を固定する構成としても良い。この構成により、結露水10の発生により単電池21と補強用部材5とを通電する経路が形成されることを防ぐことができる。
Furthermore, instead of fixing the shielding
1 電池スタック 2 積層体 21 単電池
211 正極端子 212 負極端子 22 セパレータ
221 貫通孔 3 エンドプレート 31 第1の固定溝
32 第2の固定溝 4 拘束バンド 5 補強用部材
6 遮蔽部材 7 第1の固定用金具 8 第2の固定用金具
9 電池スタック固定部材 10 結露水 11 取水溝
DESCRIPTION OF
221 Through-
Claims (1)
前記積層体を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートを挟んで前記積層体の反対側に位置し、前記エンドプレートの強度を補強する補強用部材と、
前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの少なくともいずれか1つの上面に取付けられる第1部材と、を有し、
前記第1部材の表面の濡れ性は、前記第1部材が取り付けられた前記単電池の表面、前記セパレータの表面、前記エンドプレートの表面の濡れ性よりも低いことを特徴とする電池スタック。 A laminate in which a plurality of single cells and separators are alternately laminated;
A pair of end plates disposed at positions sandwiching the laminate;
A reinforcing member for reinforcing the strength of the end plate, located on the opposite side of the laminated body across the end plate;
A first member attached to the upper surface of at least one of the unit cell, the separator, and the end plate;
The battery stack characterized in that the wettability of the surface of the first member is lower than the wettability of the surface of the unit cell to which the first member is attached, the surface of the separator, and the surface of the end plate.
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